随着石油勘探的深入，不断开辟新的勘探区域已经成为必然的需求，同时海洋区域地质调查的范围逐渐增大，勘探尺度也在不断增大。这给地质地球物理勘探提出了新的问题，即如何应对这种勘探范围大，勘探初期地质地球物理资料少的困难？针对这种情况，本文在多参数联合反演以及重震同步联合界面反演方面展开了一系列研究。首先，分析了现有的地质地球物理建模技术，发现目前国内重震同步联合界面反演普遍采用常速度常密度模型，不能较好地反映地下地质真实情况，因此本文采用了随纵横坐标变化的变速度变密度模型，利用速度和密度的梯度进行调整；其次，为满足重震联合反演对地震正演精度和速度的需要，采用Langan法射线追踪进行地震正演，以射线路径长度为参变量，计算效率高，算法稳定，采用Parker算法进行重力正演，经过快速傅里叶变换后，褶积变乘积，计算速度快，便于参数分离，为反演密度界面深度奠定了良好的基础；第三，目前传统的重震联合密度界面反演假设密度-速度为线性等关系，需要大量的先验信息，而勘探初期岩石物理参数并不容易获得，不准确的经验公式会给联合反演带来很大错误，广阔的勘探范围使用一个经验公式也是不合理的，针对该问题，本文将交叉梯度函数这个约束条件，引入到重震同步联合界面反演中，寻求不同物理参数模型在结构上的相似性，对潜在的物理岩石关系做最少的假设，在联合算法中约束性最弱，对于工区物理参数之间关系不明确时是很好的选择，交叉梯度约束可以很容易地与其他传统的约束相结合用于确定适当的目标函数，共同处理重力密度和地震反射数据，获得满足这些数据的结构相似的模型；第四，提出了由地震残差项、重力残差项、交叉梯度约束项和平滑项组成的联合反演目标函数，并进行了相关推导，在求解优化过程中采用了信赖域算法，直接通过模型求解得到试探步长，而不是先确定搜索方向，再寻找步长，具有可靠性，有效性和很强的收敛性；最后，选取上海附近的东海海域实际资料，对建立的联合反演方法进行检验，发现运用本文方法综合运用重震资料联合解释，可以较好地反映地下实际情况，减少地质解释的多样性。本文采用地质建模、模型试算、理论分析和实际资料处理相结合的研究方法，基于交叉梯度函数进行了重震同步联合反演，为更好地寻找更精确的地下特征提供了一种有效的技术手段。